多費率電能表中基于單片機串行口紅外通信的設(shè)計

作者Email: 3-14159265@163.com 摘要:利用單片機的串行口、定時器/計數(shù)器T0、定時器/計數(shù)器T1、紅外發(fā)射管和紅外接收管等簡單的軟硬件就可靠地實現(xiàn)了多費率電能表的紅外通信功能。本設(shè)計詳細介紹了串行口紅外通信的軟硬件設(shè)計方法，并給出了具體的電路原理圖、波形圖和51單片機程序。 關(guān)鍵詞: 紅外通信 串行接口 電能表 SSU7301單片機 0 引言 多費率電能表是我國目前節(jié)約用電和計劃用電政策下不可缺少的電能計量產(chǎn)品,多費率電能表的通信接口一般兼有紅外接口和RS485接口。紅外通信具有直觀、操作簡便、可靠性高等優(yōu)點，是電能表中使用最為普遍的一種通信方式，是電能表和掌機之間實現(xiàn)抄表、編程、校時、數(shù)據(jù)管理等功能的有效手段。采用新茂單片機 SSU7301(51系列)、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及單片機串行口、2個定時器/計數(shù)器可以有效地實現(xiàn)紅外通信功能。 1 紅外通信原理 紅外通信是利用波長為900nm～1000nm的紅外波作為信息的載體,發(fā)射裝置把二進制信號經(jīng)過高頻調(diào)制后發(fā)送出去，接收裝置把接收的紅外高頻信號進行解調(diào)為原來信息的一種通信傳輸方式。其中調(diào)制方式有脈寬調(diào)制(通過改變脈沖寬度調(diào)制信號PWM)和脈時調(diào)制(通過改變脈沖串之間時間間隔調(diào)制信號PPM)兩種，本文采用PPM脈時調(diào)制方式。 2 串行口紅外通信硬件設(shè)計 多費率電能表的紅外發(fā)射和紅外接收電路主要包括新茂單片機SSU7301、日本光電子公司的紅外發(fā)射管SE303和紅外接收管PIC12043，以及驅(qū)動三極管8550、電阻和電容，紅外通信硬件原理圖見圖1。

2.1 紅外發(fā)射硬件設(shè)計 紅外發(fā)射是利用單片機SSU7301的串行數(shù)據(jù)發(fā)送口TXD(P3.1)控制驅(qū)動三極管BG1進行二進制數(shù)據(jù)“0”和“1”的傳輸(數(shù)據(jù)由串行發(fā)送緩沖器 SBUF中送出)，以及利用P3.4口控制驅(qū)動三極管BG2進行高頻38.4kHz調(diào)制(高頻驅(qū)動信號由定時器/計數(shù)器T0的方式2自動重裝模式產(chǎn)生)，從而可靠地實現(xiàn)了紅外發(fā)射管D1在傳輸數(shù)據(jù)“0”時進行高頻紅外發(fā)射和數(shù)據(jù)“1”時被截止的發(fā)射功能。狀態(tài)關(guān)系見表1，波形見圖2。 2.2 紅外接收硬件設(shè)計 紅外接收是利用紅接收管PIC12034收到高頻信號輸出低電平確定為數(shù)據(jù)“0”，而沒收到高頻信號輸出高電平確定為數(shù)據(jù)“1”的方式經(jīng)過解調(diào)，把數(shù)據(jù)通過單片機SSU7301的串行數(shù)據(jù)接收口RXD(P3.0)進行串行方式接收(接收數(shù)據(jù)存儲在串行口緩沖器SBUF中)。 3 紅外通信軟件設(shè)計 DL/T645-1997《多功能電能表通信》中規(guī)定電能表的紅外載波頻率為38kHz%26;#177;1kHz;初始速率為1200 bps;通信的字節(jié)格式為8位二進制碼D0～D7，傳輸時加上一個起始位(0)，一個偶校驗位P和一個停止位(1),共11位，傳輸時先傳低位，后傳高位，傳輸序列見圖3。根據(jù)以上要求，本設(shè)計中紅外載波頻率采用38.4kHz，波特率為1200bps，串行口采用模式3為9位異步通信方式，加1位起始位和1位結(jié)束位，傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為11位。

3.1 紅外載波和定時器/計數(shù)器T0設(shè)置 紅外載波頻率f2為38.4kHz，當定時器/計數(shù)器T0模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時，SSU7301的定時器/計數(shù)器T0設(shè)置成模式2方式。此時,TL0和TH0預置成1個可以自動重裝的8位的定時器/計數(shù)器。用軟件將TL0和TH0預置相同的初值后，當TL0計數(shù)值增1溢出時，一方面使TF0置1，申請中斷;另一方面產(chǎn)生的溢出脈沖將TH0的數(shù)據(jù)值自動打入到TL0中去，不需要用軟件對TL0重新置初值。系統(tǒng)的晶振f1為 11.0592MHz,則TL0和TH0的初值計算如下: f2=38.4kHz 得T=1/f2=1/38.4k≈26%26;#215;10-6=26 μs 所以高頻調(diào)制反轉(zhuǎn)的周期TC=T/2=26/2=13μs 即定時器/計數(shù)器T0的初值TL0=TH0=28-(TC%26;#215;f1)/12=256-(13%26;#215;10-6%26;#215; 11.0592%26;#215;106)/12=256-11.9808≈244=0F4H 在定時器/計數(shù)器T0的中斷服務(wù)程序中只用兩條指令即可實現(xiàn)高頻調(diào)制,即 CPL P3.4和RETI。 3.2 串行口和定時器/計數(shù)器T1波特率發(fā)生器設(shè)置 串行口采用模式3為9位異步通信方式，波特率為1200bps。由串行口控制寄存器SCON的操作模式選擇位SM0、SM1都置1設(shè)置為模式3，當定時器 /計數(shù)器T1模式控制器TMOD中C/T=0和M1M0=10時，SSU7301的定時器/計數(shù)器T1設(shè)置成模式2方式作為波特率發(fā)生器，其波特率表示為： 波特率=(T1的溢出率)/ n 當SMOD=0時，n=32;當SMOD=1時，n=16，(本設(shè)計中SMOD=0)則波特率=(T1的溢出率)%26;#215;2SMOD / 32 T1的溢出率=(f1/12)/(28-T1初值) 得：波特率=(T1的溢出率)%26;#215;2SMOD / 32 =[(f1/12)/(28- T1初值)] %26;#215;2SMOD / 32 得：定時器/計數(shù)器T1初值 TL1=TH1=28-(f1%26;#215;2SMOD )/(12%26;#215;32%26;#215;波特率) =256-(11.0592%26;#215;106)/( 12%26;#215;32%26;#215;1200) =256-24=232=0E8H 3.3 程序設(shè)計 根據(jù)以上兩點參數(shù)的設(shè)置,51系列單片機SSU7301的匯編語言程序設(shè)計如下: ;以下為參數(shù)設(shè)置程序 MOV TMOD, #22H ;定時器/計數(shù)器T0方式2自動重裝模式用于PWM38.4KHZ調(diào) ;制用 , 定時器/計數(shù)器T1方式2自動重裝模式用于串行口通訊波特率發(fā)生器 MOV TH1,#0E8H ;波特率1200時,定時器/計數(shù)器T1自動重裝初值 MOV TL1,#0E8H MOV TH0,#0F4H ;38.4KHz高頻頻調(diào)制時, 定時器/計數(shù)器T0自動重裝初值 MOV TL0,#0F4H SETB ET0 ; 定時器/計數(shù)器T0溢出中斷允許位 SETB TR1 ; 定時器/計數(shù)器T1開始定時控制位 SETB TR0 ; 定時器/計數(shù)器T0 開始定時控制位 MOV PCON,#00H ;SMOD為0不倍增模式 MOV SCON,#0D0H ;串行口設(shè)置為模式3,允許接收 SETB ES ;串行口允許中斷 SETB EA ;開總中斷允許位 ;以下為定時器/計數(shù)器T0中斷溢出服務(wù)程序 ORG 000BH; 定時器/計數(shù)器T0中斷入口地址 T0SERVE:CPL P3.4 ; 定時器/計數(shù)器T0定時取反P3.4口進行高頻調(diào)制 RETI ;中斷返回 ;以下為串行口中斷服務(wù)程序,以接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)為例,多字節(jié)以此類推 ORG 0023H;串行口中斷入口地址 SENDSERVE:NOP NOP MOV A,SBUF ;把接收緩沖器的數(shù)據(jù)送到A寄存器 … ;進行數(shù)據(jù)處理及其它功能操作 RETI ;中斷返回 ;以下為串行口發(fā)送程序,以發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)為例, 多字節(jié)以此類推 COMSEND: MOV A,#DATAH ;把數(shù)據(jù)送到A寄存器 MOV C,P ;根據(jù)A中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偶校驗位送到進位標志位 MOV TB8,C ;送偶校驗位到發(fā)送的第9位數(shù)據(jù) MOV SBUF,A ;送數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖器 JNB TI,$ ;以查詢方式等待發(fā)送結(jié)束 CLR TI ;清發(fā)送中斷標志位 … ;繼續(xù)發(fā)送或其它功能操作 RET 子程序返回 4 結(jié)束語 本設(shè)計的最大特點在于省略了脈沖振蕩器，而僅僅利用多費率電能表上所帶單片機的串行口和2個定時器/計數(shù)器，這不僅使多費率電能表在硬件設(shè)計上更加簡單、成本更加低廉，而且在軟件上也更加方便、可靠。同時這種紅外通信方式也可以應(yīng)用在帶串行口和定時器/計數(shù)器的單片機應(yīng)用領(lǐng)域。 本文所附 SCH 圖 由下下載： http://www.21ic/upload-image/pic.Sch